Die Transformation der deutschen Energieversorgung im Rahmen der Energiewende ist eine hohe technische Herausforderung. Große Mengen an volatilen, erneuerbaren Energien müssen in das Stromnetz integriert werden, um Klimaschutz und Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Die Wettbewerbsfähigkeit der Technologien ist dabei ein entscheidender Faktor.
Um diese Ziele erreichen zu können sind verschiedene Lösungsansätze notwendig, die sowohl einer Flexibilisierung auf Seiten der Erzeuger als auch der Verbraucher bedürfen. Eine verstärkte Kopplung der verschiedenen Sektoren, wie z.B. Strom, Gas und Wärme, Industrie oder Mobilität, rückt dabei immer weiter in den Fokus der Forschung. Eine Schlüsselstellung hat dabei die sog. Power-to-Gas-Technologie, also die Erzeugung von Methan aus erneuerbaren Wasserstoff. Derzeit ist dies die einzig großtechnisch verfügbare Technologie zur langfristigen Speicherung großer Mengen an Energie.
Der Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik entwickelt innerhalb des Projekts ein robustes, dynamisches Modell der bestehenden Forschungsanlage des Virtuellen Instituts. Dies umfasst eine detaillierte Abbildung des Elektrolyseurs und der Methanisierungsanlage als Hauptkomponenten des Prozesses sowie weiterer peripherer Komponenten. Die Validierung des Modells und der Abgleich der Modellierungsergebnisse findet dabei mit Messdaten der Demoanlage statt. Ziel ist es mit Hilfe des Modells verschiedene Betriebszustände zuverlässig abzubilden und Anlagenmodifikationen untersuchen zu können. Ein weiteres Ziel dieser Arbeiten ist es, die Untersuchungen zum Betriebsverhalten der Demonstrationsanlage mit Hilfe geeigneter Simulationen von An- und Abfahren, Teil- und Volllast und einen Betrieb bei verschiedenen Lastprofilen zu unterstützen.
In einem weiteren Schritt wird ein Gesamtprozessmodell für das Scale-up in einen energiewirtschaftlich relevanten Maßstab entwickelt. Dazu muss das Modell der Demonstrationsanlage um Betriebsmittelkreisläufe erweitert werden, wodurch die Stoff- und Betriebsmittelströme ermittelt werden können. Anschließend werden mit diesem Prozessmodell Optimierungspotentiale der Einzelkomponenten ermittelt und Parameterstudien zum Gesamtwirkungsgrad verschiedener Betriebszustände durchgeführt. Als Gesamtziel dieser Arbeiten ergibt sich die Charakterisierung dynamischer Anlagenzustände im energiewirtschaftlich relevanten Maßstab.
Das Kompetenzzentrum „Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme“ (EFRE-0400152) wird gefördert durch das „Operationelle Programm zur Förderung von Investitionen in Wachstum und Beschäftigung für Nordrhein-Westfalen aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung“ (OP EFRE NRW) sowie durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.
